2020化学鲁教选修：电解的原理含解析.doc

教学资料范本2020化学鲁教选修：电解的原理含解析编 辑：_时 间：_第2节电能转化为化学能电解第1课时电解的原理学业要求素养对接1.能分析、解释电解池的工作原理。2.能设计简单的电解池。1.模型认知：电解池的构成条件和工作原理。2.创新意识：会设计电解池。知 识 梳 理知识点一、熔融氯化钠的电解1.实验现象通电后、石墨片周围有气泡产生、铁片上生成银白色金属。2.实验分析(1)熔融的氯化钠中存在的微粒Cl、Na。(2)通电后离子移动方向：Cl向石墨电极移动、Na向铁电极移动。(3)电极上的电极反应：铁电极：2Na2e=2Na；石墨电极：2Cl2e=Cl2。3.实验结论熔融的氯化钠在电流作用下发生化学变化、分解生成Na_和_Cl2。从得失电子角度分析：铁电极上发生还原反应、石墨电极上发生氧化反应。知识点二、电解原理1.电解让直流电通过电解质溶液或熔融的电解质、而在两电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫做电解。2.电解池(1)定义：将电能转化为化学能的装置。(2)组成：与直流电源相连的两个固体电极；电解质溶液或熔融的电解质；形成闭合回路。(3)电极名称与电极反应：阳极：与电源正极相连、溶液中阴离子移向此极、失去电子、发生氧化反应。阴极：与电源负极相连、溶液中阳离子移向此极、得到电子、发生还原反应。(4)电子流向：电源负极导线电解池的阴极；电解池的阳极导线电源的正极。(5)电解方程式：2NaCl_2NaCl2。自 我 检 测1.判断正误、正确的打“”、错误的打“”(1)电解是把化学能转化为电能()(2)电解质溶液导电一定发生化学反应()(3)某些不能自发进行的氧化还原反应、通过电解可以实现()(4)任何溶液被电解时、必须导致氧化还原反应的发生()(5)电解、电离均需要通电才能实现()(6)电解质溶液的导电过程就是该溶液的电解过程()2.如图是电解熔融NaCl制备金属钠的装置示意图、下列有关判断正确的是()A.通过该装置可以将化学能转化为电能B.石墨电极为正极C.Na在铁电极上得到电子被还原为钠单质D.电流从负极流出、流入铁电极解析电解装置是把电能转化为化学能、A错；石墨电极连接电源正极为阳极、B错；铁电极是阴极、Na在铁电极上得到电子被还原、C正确；电子从负极流出、进入铁电极、电流方向与电子流向相反、D错。答案C3.工业制镁是采用电解熔融氯化镁的方法。试分析电解熔融MgCl2的原理、写出有关的电极反应式及总反应方程式。电极反应式阳极：2Cl2e=Cl2；阴极：Mg22e=Mg。电解方程式：MgCl2MgCl2。学习任务一、电解时两电极产物的判断与电极反应式的书写【情境材料】1807年10月6日、戴维将表面湿润的氢氧化钾放在铂制器皿里、并用导线将铂制器皿以及插在氢氧化钾里的电极相连、整套装置都暴露在空气中。通电以后、氢氧化钾开始熔化。戴维发现在阴极附近有带金属光泽的酷似水银的颗粒生成、并生成紫色火焰、这是钾元素的发现过程。这其中的奥秘是什么呢？电解时、物质的变化是如何发生的？提示在通电条件下、氢氧化钾发生了电解、分别在两个电极上生成了不同的物质。【名师点拨】1.阳极产物的判断(1)活性金属电极(除Pt、Au外的金属材料)：电极金属失电子、生成对应的金属阳离子、阴离子不放电。(2)惰性电极(Au、Pt、石墨)：溶液中的阴离子失电子、生成对应的非金属单质或高价化合物。阴离子放电顺序：S2IBrClOH高价态含氧酸根F。2.阴极产物的判断(1)与电极材料无关、直接根据阳离子放电顺序进行判断、溶液中的阳离子得电子生成对应的单质或低价化合物。(2)阳离子的放电顺序：AgHg2Fe3Cu2HPb2Sn2Ni2Fe2Zn2Mn2较活泼金属阳离子(注意Fe3的顺序)。3.电极反应式与电解反应式的书写以石墨电极电解CuCl2溶液为例(1)电极反应式的书写：确定阴、阳极。与电源正极相连的为阳极、与电源负极相连的为阴极。分别写出两极上出现的离子。阴极：Cu2、H、阳极：Cl、OH。判断阴、阳极放电顺序。阴极：Cu2H、阳极： ClOH。写电极反应式。列物质标得失选离子、配电荷配原子个数。阴极：Cu22e=Cu、阳极：2Cl2e=Cl2。(2)电解反应方程式的书写：通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数相等。把两个电极反应式相加、消去相同项、并注明条件“通电”。电解CuCl2溶液总反应方程式为CuCl2CuCl2。【关键提醒】1.若是水电离出的H(或OH)得(或失)电子、在总反应式中应有H2O参与反应。2.由电极反应式相加得总电解方程式前、必须使两电极反应式中得失电子数相等。【典例1】如图是电解CuCl2溶液的装置、其中c、d为石墨电极、则下列有关判断正确的是()A.a为负极、b为正极B.a为阳极、b为阴极C.电解过程中、d电极质量增加D.电解过程中、氯离子浓度不变解析电流从电源的正极流出、故a为正极、b为负极；c为阳极、 d为阴极。电解时、因Cu2移向阴极d、在阴极放电析出Cu、故d电极质量增加；Cl移向阳极c、在阳极放电逸出Cl2、导致溶液中Cl浓度降低。答案C【深度思考】用图表表示电解池的原理变式训练1下图所示装置中、a、b都是惰性电极、通电一段时间后、b电极附近溶液呈红色。下列说法正确的是()A.X是负极、Y是正极B.Pt是阴极、Cu是阳极C.CuSO4溶液的pH逐渐减小D.CuSO4溶液的pH不变解析b电极附近溶液呈现红色、说明b电极处生成了氢氧根离子。电解食盐水阳极发生氧化反应产生氯气、阴极发生还原反应产生氢气同时生成氢氧化钠、因此b电极是阴极、与电源的负极相连、则Y为负极、X为正极；铂电极与电源的正极相连、作阳极、铜电极作阴极；电解硫酸铜溶液时、阳极发生氧化反应；水电离出的氢氧根离子放电、阴极发生还原反应：铜离子放电、这样溶液中不断产生H、溶液显酸性、pH变小。答案C学习任务二、惰性电极电解电解质溶液的规律【合作交流】1.电解H2SO4溶液与盐酸溶液(惰性电极)的产物相同吗？溶液pH有何变化？提示阴极产物相同(H2)、阳极产物不同H2SO4O2、HClCl2、电解H2SO4溶液pH减小、电解盐酸溶液pH增大。2.若以惰性电极电解CuSO4溶液、试分析电极产物并写出电极反应式及总反应式。提示在CuSO4溶液中含有Cu2、H、OH、SO四种离子、在阴极上Cu2放电得Cu；在阳极上OH放电得O2、电极反应式：阴极为2Cu24e=2Cu、阳极为4OH4e=O22H2O；总反应式：2CuSO42H2O2H2SO42CuO2。【名师点拨】类型实例电解质特点电极反应特点电解质浓度pH电解质溶液复原方法阴极阳极电解水型NaOH可溶性强碱4H4e=2H24OH4e=2H2OO2增大增大加水H2SO4含氧酸增大减小加水Na2SO4活泼金属含氧酸盐增大不变加水电解电解质型HCl无氧酸2H2e=H22Cl2e=Cl2减小增大通氯化氢CuCl2不活泼金属无氧酸盐Cu22e=Cu减小加氯化铜放H2生碱型NaCl活泼金属无氧酸盐2H2e=H2生成新电解质增大通氯化氢放O2生酸型CuSO4不活泼金属含氧酸盐Cu22e=Cu4OH4e=2H2OO2生成新电解质减小加氧化铜【关键提醒】惰性电极电解电解质溶液后要恢复原电解质溶液的浓度、需加适量的某物质时、遵循“少什么加什么、少多少加多少”的原则、所加物质可以是阴极与阳极产物的化合物。【典例2】右图为直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是()A.逸出气体的体积、a电极的小于b电极的B.一电极逸出无味气体、另一电极逸出刺激性气味气体C.a电极附近呈红色、b电极附近呈蓝色D.a电极附近呈蓝色、b电极附近呈红色解析电解Na2SO4溶液时、a为阴极：4H4e=2H2、b为阳极：4OH4e=O22H2O；a极周围由于H放电溶液呈碱性、石蕊显蓝色、b极周围由于OH放电溶液呈酸性、石蕊显红色。答案D【深度思考】判断电解后溶液酸、碱生成的方法(1)若电解产物只有H2、而无O2、则阴极生成碱。(2)若电解产物只有O2、而无H2、则阳极生成酸。(3)若电解产物既有O2、又有H2、且二者物质的量之比为12、则实质是电解水、阳极生成酸、阴极生成碱、最终溶液中无酸和碱生成。变式训练2下图中X、Y分别是直流电源的两极、通电后发现a极板质量增加、b极板处有无色无味气体放出。符合这一情况的是下表中的()选项a电极b电极X电极溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨负极CuCl2解析由a极板质量增加、知溶液中阳离子在a极板析出、则a为阴极、X为负极；因B中a极板不析出金属、C中X为正极、故B、C错；又由b极板有无色无味气体放出、知D错。答案A1.以石墨为电极、电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)、下列说法错误的是()A.阴极附近溶液呈红色 B.阴极逸出气体C.阳极附近溶液呈蓝色 D.溶液的pH变小解析以石墨为电极、电解KI溶液、发生的反应为2KI2H2O2KOHH2I2(类似于电解饱和食盐水)、阴极产物是H2和KOH、阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉、所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝)、阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性)、A、B、C正确；由于电解产物有KOH生成、所以溶液的pH逐渐增大、D错误。答案D2.用石墨作电极、电解下列物质的溶液、其实质不是电解水的是()A.NaNO3 B.NaOHC.Na2SO4 D.NaCl答案D3.用惰性电极电解下列溶液、其中随着电解的进行、溶液pH逐渐减小的是()氯化钠溶液硫酸铜溶液氢氧化钠溶液稀硫酸稀盐酸硫酸钠溶液A. B. C. D.答案C4.用惰性电极电解足量下列溶液一段时间后再加入一定量的某种物质(方括号内物质)、能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是()A.AgNO3AgNO3 B.NaOHH2OC.KClKCl D.CuSO4Cu(OH)2答案B5.从NO、SO、H、Cu2、Ba2、Ag、Cl等离子中选出适当的离子组成电解质、采用惰性电极对其溶液进行电解。(1)两极分别放出H2和O2时、电解质的化学式可能是_(至少答一种、下同)；(2)若阴极析出金属、阳极放出O2时、电解质的化学式可能是_；(3)两极分别放出气体、且体积比为11、电解质的化学式可能是_。解析(1)该题找两极分别放出H2和O2的电解质、其阳离子是H或比H放电能力弱的Ba2；阴离子是OH或比OH放电能力弱的SO、NO、则分别由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质符合题意。(2)阴极上的阳离子应是比H放电能力强的Cu2、Ag、阳极上阴离子应是放电能力弱于OH的NO、SO、由阳离子和阴离子组成的可溶性电解质、即符合题意。(3)阴极放出的是H2、阳极是Cl放电生成Cl2。答案(1)H2SO4、HNO3、Ba(NO3)2(2)Cu(NO3)2、CuSO4、AgNO3(3)HCl、BaCl2课时作业基 础 练1.某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中、下列有关分析完全正确的是()ABCDa电极阳极阴极阳极阴极d电极正极正极负极负极Q离子阳离子阳离子阴离子阴离子解析电子由电源的负极流出、故a是阴极、d是正极、溶液中阳离子移向阴极。答案B2.电解池中、阳极的电极材料一定()A.发生氧化反应 B.与电源正极相连C.是铂电极 D.得电子解析阳极材料为活泼金属、将直接发生氧化反应；若为惰性电极、则最易失电子的阴离子发生氧化反应。答案B3.把等物质的量的Na2SO4、NaCl、AgNO3混合物放入足量水中、经充分搅拌后、将所得溶液用石墨作电极进行电解、阳极生成的物质是()A.H2 B.Ag C.Cl2 D.O2解析本题考查电解的实质、Na2SO4、NaCl、AgNO3三种物质混合放入水中、经搅拌后、生成AgCl沉淀、溶液中的离子是Na、SO、NO、通电时阳极是OH放电、放出氧气。答案D4.将等物质的量的AgNO3、Ba(NO3)2、NaCl、K2SO4混合均匀后加入到水中、取适量混合溶液用惰性电极电解、片刻后两极上析出的氧化产物与还原产物的质量之比为()A.35.5108 B.12C.10835.5 D.81解析这四种物质混合后、生成沉淀的离子之间先反应生成AgCl和BaSO4沉淀、得到NaNO3和KNO3的混合溶液、实质是电解水。答案D5.下列关于电解池中形成的闭合回路的叙述、正确的是()A.电解池中的闭合回路仅是由电子的定向运动形成的B.金属导线中、电子从电源的负极流向电解池的阳极、从电解池的阴极流向电源的正极C.在电解质溶液中、阴离子向阴极运动、阳离子向阳极运动D.相同时间内、阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数相等解析电解池中的闭合回路是由两部分组成的：在金属导线和电极中是由电子的定向移动传导电流、电解质中是靠阴、阳离子的定向移动来导电的。电子从电源的负极出发、流向电解池的阴极、在该电极上阳离子获得电子发生还原反应；与此同时、阴离子在阳极上失去电子发生氧化反应、失去的电子再从电解池的阳极流向电源的正极、从而在两部分导体中形成闭合回路。在电解质溶液或熔融电解质中、阴离子向阳极移动、阳离子向阴极移动、根据电子的得失守恒、相同时间内、阳离子在阴极上得到的电子数与阴离子在阳极上失去的电子数相等。答案D6.用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为13的CuSO4和NaCl的混合溶液、可能发生的反应有()2Cu22H2O2Cu4HO2Cu22ClCuCl22Cl2HH2Cl22H2O2H2O2A. B. C. D.解析由n(CuSO4)n(NaCl)13得n(Cu2)n(Cl)13、根据放电顺序、阴离子：ClOHSO、阳离子：Cu2HNa、知该电解过程分为3个阶段：第一阶段：电解CuCl2溶液：Cu22ClCuCl2；第二阶段：电解NaCl溶液：阴极：2H2e=H2、阳极：2Cl2e=Cl2、两式相加得到总反应式：2Cl2HH2Cl2、忽略了H来自于水、书写总反应式时不能将两式简单相加、而应将H改写成H2O而生成OH、即2Cl2H2O2OHH2Cl2；第三阶段：电解H2O：2H2O2H2O2。答案D7.按图甲装置进行实验、若图乙中横坐标x表示通过电极的电子的物质的量。下列叙述正确的是()A.F表示反应生成Cu的物质的量B.E表示反应实际消耗H2O的物质的量C.E表示反应生成O2的物质的量D.F表示反应生成H2SO4的物质的量解析电解实质为2CuSO42H2O2CuO22H2SO4、则每通过4 mol e、生成2 mol Cu、1 mol O2、消耗2 mol H2O、生成2 mol H2SO4。答案B8.用惰性电极电解某溶液时、发现两极只有H2和O2生成、则电解一段时间后、下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中正确的有()该溶液的pH可能增大该溶液的pH可能减小该溶液的pH可能不变该溶液的浓度可能增大该溶液的浓度可能不变该溶液的浓度可能减小A. B.C. D.全部解析用惰性电极电解时两极只有H2和O2、则实质上电解的是水、电解质不参与反应。该电解质有3种可能、如电解H2SO4溶液时、水被电解、H2SO4的浓度变大、pH减小；电解NaOH溶液时、水被电解、NaOH浓度变大、pH增大；电解Na2SO4溶液时、水被电解、Na2SO4的浓度变大、pH不变、但若NaOH溶液、Na2SO4溶液是饱和溶液则浓度不变、故、正确、不正确。答案C9.Cu2O是一种半导体材料、基于绿色化学理论设计的制取Cu2O的电解池示意图如图、电解总反应为2CuH2OCu2OH2。下列说法正确的是()A.石墨电极上产生氢气B.铜电极发生还原反应C.铜电极接直流电源的负极D.当有0.1 mol电子转移时、有0.1 mol Cu2O生成解析由电解总反应式可知、Cu参加了反应、所以Cu作电解池的阳极、发生氧化反应、B选项错误；石墨作阴极、电极反应为2H2e=H2、A选项正确；阳极与电源的正极相连、C选项错误；阳极反应为2Cu2OH2e=Cu2OH2O、当有0.1 mol电子转移时、有 0.05 mol Cu2O生成、D选项错误。答案A10.下图所示的电解池I和中、a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中、电极b和d上没有气体逸出、但质量均增大、且增重bd。符合上述实验结果的盐溶液是() 选项XYAMgSO4CuSO4BAgNO3Pb(NO3)2CFeSO4Al2(SO4)3DAgNO3CuSO4解析题意表明b、d没有气体逸出、所电解的盐溶液中金属元素、应该在金属活动顺序表中(H)后、只有D符合题意。答案D素 养 练11.在如图中、A为直流电源、B为渗透饱和氯化钠溶液和酚酞试液的滤纸、C为电镀槽。接通电路、断开K后、发现B上的c点显红色。请填空：(1)电源A的a为_极。(2)滤纸B上发生的总反应方程式为_。(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌、接通K、使c、d两点短路、则电极e上发生的反应为_、电极f上发生的反应为_、槽中盛放的电镀液可以是_或_(只要求填两种电解质溶液)。解析c点显红色、说明在c点产生了碱。根据电解饱和食盐水的原理可知c点为阴极、则电源与之相连的一极为负极、所以a极为正极。B上发生的即是电解饱和食盐水的反应。根据电镀原理、镀层金属放在阳极、被镀物件放在阴极、再确定所发生的反应。在电解池中、阳极与电源正极相连、阴极与电源负极相连。在阳极、溶液中的阴离子(惰性电极)或阳极本身失电子(非惰性电极)、发生氧化反应；在阴极、溶液中的阳离子得电子、发生还原反应。答案(1)正(2)2NaCl2H2OH2Cl22NaOH(3)Zn2e=Zn2Zn22e=ZnZnSO4溶液ZnCl2溶液12.使用氯化钠作原料可以得到多种产品。(1)实验室用惰性电极电解100 mL 0.1 molL1 NaCl溶液、若阴、阳两极均得到112 mL气体(标准状况)、则所得溶液的物质的量浓度是_(忽略反应前后溶液体积的变化)。(2)某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器、用石